ドローン大辞典
写真測量｜用語解説｜ドローン大辞典
概要
写真測量とは、対象物を異なる位置から撮影した複数の写真を用い、その形状や大きさ、位置を三次元的に算出する測量技術である。近年はドローンと解析技術の発展により、建設、災害調査、地籍調査などの分野で、高密度な三次元データを効率的に取得する手法として広く利用されている。
写真測量の基本原理
写真測量の原理は、人間が両眼視によって奥行きを認識する仕組みと同様である。重なりを持たせて撮影した複数の写真から、同一の特徴点を検出し、その視差を用いて対象物までの距離や位置関係を幾何学的に計算する。この処理は三角測量の原理に基づいており、ラップ率が十分に確保されていることが前提となる。
SfMとMVSによる三次元復元
現代のドローン写真測量では、SfMとMVSと呼ばれる自動解析技術が中核を担っている。
SfMは、多数の画像から特徴点を自動抽出し、それらの対応関係を解析することで、カメラの撮影位置や姿勢と、対象物の疎な三次元構造を同時に推定する技術である。この段階で、外部標定要素と呼ばれるカメラ位置情報が算出される。
MVSは、SfMで推定されたカメラ位置を基に、さらに詳細な画像マッチングを行い、高密度な三次元点群データを生成する処理である。これにより、地形や構造物を細部まで表現した点群が得られる。
作業工程と計画上の要点
写真測量では、撮影計画と現地準備が成果の精度を大きく左右する。
撮影計画では、進行方向と横方向の写真が十分に重なるよう、オーバーラップとサイドラップを高めに設定することが求められる。また、地上画素寸法は、求める精度に応じて飛行高度から算出され、数値管理の基準となる。
標定点は、作成した三次元モデルを正しい位置と大きさで地球座標系に合わせるために設置される。標定点は解析計算に用いられ、モデルの歪み補正や位置決定に寄与する。一方、完成データの精度を確認するために設けられる検証点は、解析には使用せず、成果物との較差確認に用いられる。
主な成果物
写真測量の解析結果として、複数の成果物が作成される。三次元点群データは、地形や構造物を点の集合として表現した基礎データである。オルソ画像は、レンズ歪みや地形起因のズレを補正し、地図と同様に扱える正射投影画像である。これらに加え、地表面や表層をモデル化したDSMやDEMが作成され、測量や解析に利用される。
写真測量の制約と注意点
写真測量は有効な技術である一方、原理上の制約も存在する。植生に覆われた場所では、写真に写るのは草木の上部であるため、地表面の正確な形状を取得できない。模様や陰影の少ない場所では特徴点が抽出できず、解析が不安定になることがある。また、水面や透明体は反射や動きの影響を受けやすく、正確な形状復元が困難である。
写真測量の位置づけ
写真測量は、画像解析によって三次元形状を復元する技術であり、広範囲を面的に把握する点に強みを持つ。i-Constructionにおける出来形管理や、地籍調査における筆界検討資料の作成など、多様な分野で基盤技術として活用されている。